[發(fā)明專利]部分弧段汽輪機(jī)熱耗的改進(jìn)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 90101793.0
• 申請(qǐng)日: 1990-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1046582A
• 公開(kāi)（公告）日: 1990-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬治·約瑟夫·西爾維斯特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西屋電氣公司
• 主分類號(hào): F01D17/00
• 分類號(hào): F01D17/00
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利代理部
• 代理人: 喬小東

本發(fā)明涉及汽輪機(jī)。更確切地說(shuō)，它涉及一種改進(jìn)部分弧段進(jìn)汽汽輪機(jī)熱耗（效率）的方法和裝置。

許多多級(jí)汽輪機(jī)系統(tǒng)的功率輸出是通過(guò)對(duì)來(lái)自蒸汽發(fā)生器的主蒸汽流進(jìn)行節(jié)流以減少高壓汽輪機(jī)入口處的蒸汽壓力來(lái)控制的。采用這種節(jié)流方法的汽輪機(jī)通常被稱為全弧段汽輪機(jī)，因?yàn)樵谌?fù)荷條件下，所有的蒸汽入口噴管箱都在工作。全弧段汽輪機(jī)通常設(shè)計(jì)為在額定負(fù)荷的蒸汽條件下運(yùn)行來(lái)獲得最大效率。經(jīng)所有入口噴管進(jìn)汽后，全弧段汽輪機(jī)中入口級(jí)（即，第一控制級(jí)）的壓力比率基本保持不變，與蒸汽入口的壓力無(wú)關(guān)。因此，控制級(jí)處產(chǎn)生功率的機(jī)械效率可以優(yōu)化。但是，在全弧段汽輪機(jī)功率下降時(shí)，效率，即從蒸汽發(fā)生器到汽輪機(jī)輸出這一蒸汽工作周期內(nèi)的理想效率將會(huì)普遍下降，因?yàn)楣?jié)流減少了完成工作的能量。一般說(shuō)來(lái)，整個(gè)汽輪機(jī)的效率，即，實(shí)際效率是汽輪機(jī)的理想效率和機(jī)械效率之積。

通過(guò)把進(jìn)入汽輪機(jī)入口的蒸汽分為獨(dú)立相隔的可控制進(jìn)汽弧段，這一技術(shù)比用節(jié)流方法控制汽輪機(jī)輸出更有效。在這種稱為部分弧段進(jìn)汽的方法中，第一級(jí)工作噴管數(shù)隨著負(fù)荷的變化而變化。部分弧段進(jìn)汽汽輪機(jī)之所以比全弧段汽輪機(jī)更受歡迎，是因?yàn)榻?jīng)獨(dú)立噴管箱順序進(jìn)汽，可用最小節(jié)流而不是全弧段進(jìn)汽節(jié)流獲得較高的理想效率。這種較高的理想效率所帶來(lái)的好處一般要比通過(guò)對(duì)全弧段汽輪機(jī)控制級(jí)設(shè)計(jì)而獲得最優(yōu)的機(jī)械效率優(yōu)越得多。總之，用部分弧段進(jìn)汽改變功率輸出的多級(jí)汽輪機(jī)系統(tǒng)要比全弧段進(jìn)汽節(jié)流系統(tǒng)擁有更高的實(shí)際效率。但是，過(guò)去的部分弧段進(jìn)汽系統(tǒng)表現(xiàn)出某些缺陷限制了控制級(jí)工作輸出的效率。其中有些缺陷是不可避免的機(jī)械限制帶來(lái)的，如，旋轉(zhuǎn)葉片經(jīng)過(guò)噴管葉片組時(shí)，會(huì)不可避免地產(chǎn)生風(fēng)阻和紊流妨礙蒸汽進(jìn)入。

此外，部分弧段進(jìn)汽系統(tǒng)中，當(dāng)經(jīng)過(guò)大量的閥門箱順序進(jìn)汽時(shí)，噴管葉片組處壓力降不一樣（因而壓力比也不一樣）。在最小閥點(diǎn)（調(diào)節(jié)閥或控制閥打開(kāi)的可能最小數(shù)目）時(shí)產(chǎn)生的壓力降最大，在完全進(jìn)汽時(shí)產(chǎn)生的壓力降最小。控制級(jí)中與壓力差成反比的熱力效應(yīng)在最小閥點(diǎn)時(shí)最小，在完全進(jìn)汽時(shí)最大。因此當(dāng)輸出功率低于額定負(fù)荷時(shí)，部分弧段汽輪機(jī)的控制級(jí)效率與全弧段汽輪機(jī)的一樣也要下降。然而，人們相信，在部分弧段汽輪機(jī)噴管處的可變壓力降一定的情況下，可以通過(guò)改進(jìn)部分弧段進(jìn)汽系統(tǒng)中某種共有的設(shè)計(jì)性能來(lái)增加汽輪機(jī)的綜合效率。因?yàn)榭刂萍?jí)是沖動(dòng)級(jí)，大部分壓力降都發(fā)生在固定式噴管處，所以將噴管效率提高百分之一會(huì)四倍地影響控制級(jí)的效率，將旋轉(zhuǎn)葉片效率提高百分之一也有同樣效果。在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)中，對(duì)控制級(jí)噴管性能進(jìn)行很小改進(jìn)，就會(huì)顯著改進(jìn)部分弧段汽輪機(jī)的實(shí)際效率。在額定負(fù)荷時(shí)，部分弧段汽輪機(jī)的實(shí)際效率即使只提高0.25%也會(huì)節(jié)省大量的能量。

部分弧段汽輪機(jī)的滑動(dòng)調(diào)壓或可變節(jié)流調(diào)壓操作也可改進(jìn)汽輪機(jī)的效率，并附加降低周期性疲勞。通常的過(guò)程是，部分弧段進(jìn)汽汽輪機(jī)在汽流比對(duì)應(yīng)于半數(shù)控制閥全開(kāi)和半數(shù)控制閥全閉的那一點(diǎn)（即，在最大進(jìn)汽幾乎為100%的汽輪機(jī)上，第一級(jí)進(jìn)汽為50%的那一點(diǎn)）的值要低時(shí)啟動(dòng)滑動(dòng)調(diào)壓操作。如果在較高流量（第一級(jí)進(jìn)汽的較大值）處啟動(dòng)滑動(dòng)調(diào)壓，性能將受到影響。但是，在具有八個(gè)閥門的汽輪機(jī)中，從75%進(jìn)汽開(kāi)始的滑動(dòng)消除了第六閥門上大部分閥調(diào)壓環(huán)（閥節(jié)流），這種閥調(diào)壓環(huán)可以是恒定節(jié)流壓力進(jìn)行操作的。從62.5%進(jìn)汽開(kāi)始的滑動(dòng)將產(chǎn)生類似的現(xiàn)象，即第五閥門上的大部分閥調(diào)壓環(huán)可被消除。排除這種閥調(diào)壓環(huán)可改進(jìn)汽輪機(jī)的熱耗和效率。

圖1描述了八閥門部分弧段汽輪機(jī)滑動(dòng)調(diào)壓控制的效果。橫座標(biāo)表示蒸汽流量值，縱座標(biāo)表示熱耗。線10表示節(jié)流控制的恒定壓力，線12表示全弧段進(jìn)汽汽輪機(jī)的滑動(dòng)調(diào)節(jié)壓力。線14表示順序閥控制（部分弧段進(jìn)汽）的恒定壓力。虛線16，18，20及22代表閥調(diào)壓環(huán)。一系列控制閥或調(diào)節(jié)閥的逐個(gè)節(jié)流導(dǎo)致了這些閥調(diào)壓環(huán)。線24表示從75%進(jìn)汽開(kāi)始的滑動(dòng)調(diào)壓操作。注意沿線24的滑動(dòng)調(diào)壓消除了大部分閥調(diào)壓環(huán)22，而熱耗（效率之倒數(shù)）并沒(méi)有按比例增加，它低于62.5%的進(jìn)汽點(diǎn)。線26，圖示從62.5%進(jìn)汽點(diǎn)開(kāi)始的滑動(dòng)調(diào)壓，提供了某種改進(jìn)，但不影響調(diào)壓環(huán)16，18和20。同樣，線28，從50%進(jìn)汽點(diǎn)開(kāi)始的滑動(dòng)調(diào)壓對(duì)低流量端有所幫助，但不影響閥調(diào)壓環(huán)16-22。每個(gè)閥調(diào)壓環(huán)具有效高的熱耗，降低了線14所代表的理想曲線的效率。